本发明专利技术提供一种氮掺杂碳基催化电极氧化还原协同处理有机废水的方法，所述方法包括如下步骤：采用氮掺杂碳基催化电极作为电极，将氧化剂溶液、有机废水和还原剂溶液分别置于独立的氧化剂室、有机废水室和还原剂室，将氧化剂室和有机废水室构成第一原电池系统，有机废水室和还原剂室构成第二原电池系统，进行氧化还原协同处理有机废水。本发明专利技术所述方法将反应药剂与待处理有机废水分开，避免了氧化剂浪费，利用电势差实现废水中有机污染物的电化学氧化与电化学还原，无需提供额外电压，处理成本低，在高氧化态有机污染物的处理中优势明显。显。显。
【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂碳基催化电极氧化还原协同处理有机废水的方法
[0001]本专利技术涉及污水处理
，尤其涉及一种氮掺杂碳基催化电极氧化还原协同处理有机废水的方法。
技术介绍
[0002]随着工业的发展，水资源短缺问题越来越严重，污水回用是解决该问题的重要途径。但水中存在的有机污染物，由于浓度低、难以富集、容易生物累积并通过食物链传递等途径危害人体健康和生态安全，已经成为了污水回用过程中的巨大挑战。
[0003]CN111732262A公开了一种有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置及有机废水深度处理方法，该装置内固定的催化剂层与臭氧和有机废水中的水发生催化反应，生成羟基自由基氧化分解有机废水中的有机污染物，但该方法处理后可能会产生高毒性副产物，且需要电机产生电磁感应，处理成本高。
[0004]CN106145537A公开了一种质子膜微生物燃料电池处理高浓度有机废水的方法，该方法采用元素掺杂的二氧化钛催化剂进行光催化反应，过滤后的废水调节处理后泵入微生物燃料电池内进行厌氧处理，再由壳聚糖改性的黏土进行吸附，过滤，但该方法存在处理成本高，处理时间长，操作复杂等问题。
[0005]CN104787941A公开了一种用于难降解有机废水处理的高级氧化耦合装置及工艺，该装置包括臭氧氧化
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多维电催化/微电解区和臭氧氧化
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微电解/Fenton区、混凝区和斜板沉淀区，将难降解有机物进行多级氧化，实现难降解有机物的彻底氧化裂解，但该装置占地面积大，该工艺存在处理药剂过量消耗，处理效果易受水质影响等问题。
[0006]因此，如何在保证有机物降解效率的情况下，减少药剂消耗，降低处理成本，提高处理效果成为了目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
[0007]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种氮掺杂碳基催化电极氧化还原协同处理有机废水的方法，所述方法将反应药剂与有机废水分开，并通过氮掺杂碳基催化电极实现电化学氧化与电化学还原，增强了废水中有机污染物的去除效果。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种氮掺杂碳基催化电极氧化还原协同处理有机废水的方法，所述方法包括如下步骤：
[0010]采用氮掺杂碳基催化电极作为电极，将氧化剂溶液、有机废水和还原剂溶液分别置于独立的氧化剂室、有机废水室和还原剂室，将氧化剂室和有机废水室构成第一原电池系统，有机废水室和还原剂室构成第二原电池系统，进行氧化还原协同处理有机废水。
[0011]本专利技术将反应药剂与待处理有机废水分开，一方面避免了废水处理后过量氧化剂剩余的风险，另一方面也避免了氧化剂与水中其他离子反应带来的浪费；本专利技术与电芬顿法相比，利用电势差实现废水中有机污染物的电化学氧化，无需提供额外电压，成本较低；
本专利技术引入还原剂溶液，可将高氧化态有机物先还原为低氧化态的有机物后再进行电化学氧化降解，增强了高氧化态有机物去除效果；本专利技术与自由基氧化方法相比，本专利技术的氧化选择性更好，且不会生成自由基反应带来的高毒性副产物。
[0012]优选地，所述氧化剂室内设置有第一氮掺杂碳基催化电极，所述有机废水室内设置有第二氮掺杂碳基催化电极和第三氮掺杂碳基催化电极，所述还原剂室内设置有第四氮掺杂碳基催化电极。
[0013]优选地，所述第一氮掺杂碳基催化电极与第二氮掺杂碳基催化电极通过第一导线连接。
[0014]优选地，所述第三氮掺杂碳基催化电极与第四氮掺杂碳基催化电极通过第二导线连接。
[0015]本专利技术中的第一导线和第二导线均为铜导线，铜导线廉价易得，降低了有机废水处理成本。
[0016]优选地，所述氧化剂室和有机废水室通过第一盐桥连接。
[0017]优选地，所述有机废水室和还原剂室通过第二盐桥连接。
[0018]本专利技术中的第一盐桥和第二盐桥均可选自琼脂
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饱和硫酸钾盐桥，相较于采用离子交换膜进行有机废水处理，降低了处理成本。
[0019]优选地，所述氧化剂溶液包括过二硫酸盐溶液、过一硫酸盐溶液或双氧水中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为过二硫酸盐溶液和过一硫酸盐溶液的组合，过二硫酸盐溶液和双氧水的组合，过一硫酸盐溶液和双氧水的组合，过二硫酸盐溶液、过一硫酸盐溶液和双氧水三者的组合，优选为过二硫酸钠溶液。
[0020]优选地，所述氧化剂溶液的浓度为1～100mmol/L，例如可以是1mmol/L、2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L、25mmol/L、40mmol/L、50mmol/L、80mmol/L、90mmol/L或100mmol/L。
[0021]优选地，所述有机废水中的有机物包括酚类和/或硝基芳香烃类。
[0022]优选地，所述有机废水中的有机物还包括抗生素类和/或激素类。
[0023]优选地，所述有机废水中有机物的浓度为0.1～20μmol/L，例如可以是0.1μmol/L、0.2μmol/L、0.5μmol/L、1μmol/L、3μmol/L、5μmol/L、10μmol/L、15μmol/L或20μmol/L。
[0024]优选地，所述还原剂溶液包括硫化物溶液和/或多硫化物溶液，优选为多硫化钙溶液。
[0025]优选地，所述还原剂溶液的浓度为1～50mmol/L，例如可以是1mmol/L、2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L、25mmol/L、40mmol/L或50mmol/L。
[0026]优选地，所述氧化剂溶液、有机物废水、还原剂溶液三者的体积比为1:1:1～1:1:10。
[0027]优选地，所述第一氮掺杂碳基催化电极包括氮掺杂碳粉改性碳布电极或氮掺杂碳粉辊压电极。
[0028]优选地，所述第二氮掺杂碳基催化电极包括氮掺杂碳粉改性碳布电极或氮掺杂碳粉辊压电极。
[0029]优选地，所述第三氮掺杂碳基催化电极包括氮掺杂碳粉改性碳布电极或氮掺杂碳粉辊压电极。
[0030]优选地，所述第四氮掺杂碳基催化电极包括氮掺杂碳粉改性碳布电极或氮掺杂碳粉辊压电极。
[0031]本专利技术中所述第一氮掺杂碳基催化电极、第二氮掺杂碳基催化电极、第三氮掺杂碳基催化电极和第四氮掺杂碳基催化电极可以不同，也可以采用相同的电极。
[0032]本专利技术中所述第一氮掺杂碳基催化电极、第二氮掺杂碳基催化电极、第三氮掺杂碳基催化电极和第四氮掺杂碳基催化电极的制备方法包括如下步骤：
[0033](1)含氮单体在马弗炉中500℃煅烧2h，得到黄色固体氮化碳；所述含氮单体包括二氢二胺、尿素或三聚氰胺中的任意一种；
[0034](2)所述氮化碳与盐酸多巴胺按质量比2:1～1:2进行混合，用100mL纯水进行分散，磁力搅拌4h，离心，去掉上清液，于烘箱中80℃烘干得到黑色固体；
[0035](3)所述黑色固体在管式炉中800℃煅烧2h，冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳基催化电极氧化还原协同处理有机废水的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：采用氮掺杂碳基催化电极作为电极，将氧化剂溶液、有机废水和还原剂溶液分别置于独立的氧化剂室、有机废水室和还原剂室，将氧化剂室和有机废水室构成第一原电池系统，有机废水室和还原剂室构成第二原电池系统，进行氧化还原协同处理有机废水。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化剂室内设置有第一氮掺杂碳基催化电极，所述有机废水室内设置有第二氮掺杂碳基催化电极和第三氮掺杂碳基催化电极，所述还原剂室内设置有第四氮掺杂碳基催化电极；优选地，所述第一氮掺杂碳基催化电极与第二氮掺杂碳基催化电极通过第一导线连接；优选地，所述第三氮掺杂碳基催化电极与第四氮掺杂碳基催化电极通过第二导线连接；优选地，所述氧化剂室和有机废水室通过第一盐桥连接；优选地，所述有机废水室和还原剂室通过第二盐桥连接。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氧化剂溶液包括过二硫酸盐溶液、过一硫酸盐溶液或双氧水中的任意一种或至少两种的组合，优选为过二硫酸钠溶液；优选地，所述氧化剂溶液的浓度为1～100mmol/L。4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述有机废水中的有机物包括酚类和/或硝基芳香烃类；优选地，所述有机废水中的有机物还包括抗生素类和/或激素类；优选地，所述有机废水中有机物的浓度为0.1～20μmol/L。5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述还原剂溶液包括硫化物溶液和/或多硫化物溶液，优选为多硫化钙溶液；优选地，所述还原剂溶液的浓度为1～50mmol/L；优选地，所述氧化剂溶液、有机物废水、还原剂溶液三者的体积比为1:1:1～1:1:10。6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述第一氮掺杂碳基催化电极包括氮掺杂碳粉改性碳布电极或氮掺杂碳粉辊压电极；优选地，所述第二氮掺杂碳基催化电极包括氮掺杂碳粉改性碳布电极或氮掺杂碳粉辊压电极；优选地，所述第三氮掺杂碳基催化电极包括氮掺杂碳粉改性碳布电极或氮掺杂碳粉辊压电极；优选地，所述第四氮掺杂碳基催化电极包括氮掺杂碳粉改性碳布电极或氮掺杂碳粉辊压电极。7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述第一氮掺杂碳基催化电极的比表面积为400～900m2/g；优选地，所述第一氮掺杂碳基催化电极的电阻率范围为1～25Ω
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cm；优选地，所述第二氮掺杂碳基催化电极的比表面积为400～900m2/g...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡清，丁隆真，王超，王宏，廖长丹，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
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